CN112030987A - 钢管混凝土支撑与冠梁的节点结构及施工方法和支撑系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于基坑工程技术领域，具体涉及一种钢管混凝土支撑与冠梁的节点结构及施工方法，冠梁的内侧固定有第一端头钢板，第一端头钢板上固定有第一伸缩钢构件；钢管混凝土支撑的端部固定有第二端头钢板，第二端头钢板上固定有第二伸缩钢构件；第一伸缩钢构件与第二伸缩钢构件通过螺栓连接；千斤顶的前端和后端分别顶在第二端头钢板和第一端头钢板上；千斤顶与控制系统电连接。本发明还提供一种支撑系统，其冠梁相对的两侧之间支撑有钢管混凝土支撑，且冠梁和钢管混凝土支撑的节点结构采用上述的节点结构。既能满足端部节点的刚性、等强连接的需要，保证工程安全，同时又能根据需要施加预应力，满足基坑预应力损失以及支撑松弛需要重复加载的需求。

Description

钢管混凝土支撑与冠梁的节点结构及施工方法和支撑系统

技术领域

本发明属于地下基坑工程技术领域，具体涉及一种钢管混凝土支撑与冠梁的节点结构及施工方法和支撑系统。

背景技术

传统现浇混凝土支撑，因其刚度大、整体性好、安全可靠等优势，普遍应用于地下工程，但也存在突出的问题和缺点：（1）费钱，投资高：混凝土支撑属于临时工程，车站结构主体完工，即破除外运，临时性废弃工程投资高，一般地下车站达数百万，复杂站点达数千万；（2）费时，工期长：混凝土支撑支模、绑扎钢筋、浇筑振捣、养护，后期的破除，整个工序长达好几个月，严重制约现场施工进度。（3）费力，难度大：混凝土支撑施工难度大，使用完成后破除施工，需耗费大量人力物力。（4）不环保，混凝土破除废渣污染环境，不符合绿色建造、环保节能的发展方向。急需先进的产品和科学的施工方法，替代传统混凝土支撑。

传统钢管撑虽然可以回收，施工较为便利，但是其与基坑支挡结构间只能承受压力，整体性较差，抗变形能力差，成为基坑安全的薄弱环节。

目前所见的预制支撑，薄弱环节多在连接结构处，节点处无法实现刚接，导致基坑整体稳定性不足；且接缝处总存在缝隙，基坑开挖后这些缝隙受压后才能稳定，而这些缝隙就转化为基坑的变形，对基坑周边的建构筑及管线等保护不利，同时，支撑在使用过程中可能存在应力松弛现场，导致基坑局部失稳，引起整个基坑的破坏。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种钢管混凝土支撑与冠梁的节点结构及施工方法和支撑系统，既能满足端部节点的刚性、等强连接的需要，保证工程安全，同时又能根据需要施加预应力，满足基坑预应力损失以及支撑松弛需要重复加载的需求。

为实现上述目的，本发明的技术方案为一种钢管混凝土支撑与冠梁的节点结构，包括钢管混凝土支撑、冠梁、千斤顶和控制系统；所述冠梁的内侧固定有第一端头钢板，所述第一端头钢板上固定有第一伸缩钢构件；所述钢管混凝土支撑的端部固定有第二端头钢板，所述第二端头钢板上固定有第二伸缩钢构件；所述第一伸缩钢构件与所述第二伸缩钢构件通过螺栓连接；所述千斤顶的前端和后端分别顶在所述第二端头钢板和所述第一端头钢板上；所述千斤顶与所述控制系统电连接。

进一步地，所述第一伸缩钢构件包括第一U形钢板，所述第一U形钢板的一端与所述第一端头钢板连接；所述第二伸缩钢构件包括第二U形钢板，所述第二U形钢板的一端与所述第二端头钢板连接；所述第一U形钢板上和所述第二U形钢板上均设有多列长圆螺栓孔，所述第一U形钢板上的长圆螺栓孔与所述第二U形钢板上的长圆螺栓孔通过螺栓连接；所述千斤顶置于所述第一U形钢板和所述第二U形钢板连接形成U形槽内。

进一步地，所述钢管混凝土支撑由多个钢管混凝土支撑预制件拼接而成；所述钢管混凝土支撑预制件的两端均设有环形的接头钢板，所述接头钢板上沿环向设有多个螺栓孔，相邻的所述钢管混凝土支撑预制件的相邻接头钢板上相对应的螺栓孔分别通过螺栓连接；所述第二端头钢板与所述钢管混凝土支撑端部的接头钢板固定。

更进一步地，所述钢管混凝土支撑预制件包括钢管，所述钢管内填充有混凝土，所述混凝土内具有沿轴向贯穿的中空部；所述混凝土内配置有钢筋骨架，所述接头钢板与所述钢管焊接，且所述接头钢板的内侧与所述钢筋骨架连接，所述接头钢板的外侧位于所述钢管外且设有所述螺栓孔。

更进一步地，所述钢管两端的内侧和外侧分别设有接头内衬管和接头外衬管，所述接头内衬管和所述接头外衬管均与所述接头钢板焊接。

更进一步地，所述混凝土两端的内侧均设有内包管，所述内包管与所述接头钢板焊接；所述内包管上设有一圈咬合齿，所述咬合齿嵌入所述混凝土内。

更进一步地，所述钢管的内壁上焊接有多个栓钉，所述栓钉嵌入所述混凝土内。

进一步地，所述冠梁内预埋有多个锚栓，所述第一端头钢板上设有多个锚栓孔，所述锚栓的一端伸出所述冠梁后穿过对应的所述锚栓孔，并通过螺母固定。

本发明还提供一种支撑系统，包括围护结构、冠梁和钢管混凝土支撑；所述围护结构的顶部设有冠梁，所述冠梁相对的两侧之间支撑有所述钢管混凝土支撑；所述冠梁和所述钢管混凝土支撑的节点结构采用上述的节点结构。

本发明还提供一种钢管混凝土支撑与冠梁的节点结构的施工方法，包括如下步骤：

S1、根据设计图纸，在工厂制作钢管混凝土支撑预制件，并运至施工现场，通过螺栓连接装配成钢管混凝土支撑；

S2、冠梁施工时，在冠梁内预埋锚栓，并使锚栓的一端从冠梁的内侧伸出；

S3、待冠梁达到设计强度后，在第一端头钢板上焊接第一伸缩钢构件，然后将第一端头钢板安装在冠梁上，使冠梁上的锚栓穿过第一端头钢板上的锚栓孔，并通过螺母固定；

S4、在第二端头钢板上焊接第二伸缩钢构件，然后将第二端头钢板与钢管混凝土支撑的一端固定；

S5、将第一伸缩钢构件与第二伸缩钢构件对中，并在第二端头钢板和第一端头钢板之间放置千斤顶，同时将千斤顶与控制系统电连接；

S6、通过控制系统控制千斤顶加压，待千斤顶压力达到设计值，停止试压，并维持此压力；

S7、将第一伸缩钢构件与第二伸缩钢构件通过螺栓连接；

S8、在施工过程中，若控制系统监测到千斤顶的压力出现松弛，则通过控制系统控制千斤顶自动加压；若监测到千斤顶压力过大出现异常，则及时预警。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明在冠梁内侧的第一端头钢板和钢管混凝土支撑端部的第二端头钢板之间设置千斤顶，在钢管混凝土支撑使用过程中，出现应力松弛现象就及时进行应力补偿，出现应力过大则及时预警，防止基坑局部失稳，引起整个基坑的破坏；同时冠梁和钢管混凝土支撑通过第一伸缩钢构件与第二伸缩钢构件实现刚性连接，确保基坑安全；

（2）本发明通过在钢管混凝土支撑端部的第二U形钢板和冠梁内侧的第一U形钢板上分别设置多列长圆螺栓孔，再通过螺栓穿过长圆螺栓孔将第二U形钢板和第一U形钢板连接，既能满足端部节点的刚性连接、等强连接的需要，保证工程安全，同时又能根据需要调节变位，调整施工误差；

（3）本发明的钢管混凝土支撑由多个钢管混凝土支撑预制件通过螺栓连接装配而成，不仅能够保证基坑工程的安全稳定，且安装和拆卸便利，便于工厂化制作和大面积的推广应用；

（4）本发明的钢管混凝土支撑预制件采用钢管内填混凝土的空心构件，不仅可以大大降低预制构件的重量，便于预制构件的循环使用，而且外钢管的套箍作用可显著提升内填混凝土的承载能力，使得空心的钢管混凝土支撑的承载能力更高、抗变形能力更强，确保基坑工程安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的支撑系统的平面布置图；

图2为本发明实施例提供的钢管混凝土支撑预制件的横断面图；

图3为本发明实施例提供的钢管混凝土支撑预制件连接处的横断面图；

图4为本发明实施例提供的钢管混凝土支撑预制件连接处的纵断面图；

图5为本发明实施例提供的钢管混凝土支撑与冠梁的连接结构的俯视图；

图6为本发明实施例提供的钢管混凝土支撑与冠梁的连接结构的剖面图；

图7为本发明实施例提供的第一U形钢板与第一端头钢板的连接示意图；

图8为本发明实施例提供的第二U形钢板与第二端头钢板的连接示意图；

图9为本发明实施例提供的第一U形钢板的左视图；

图10为本发明实施例提供的第二U形钢板的右视图；

图中：1、钢管混凝土支撑预制件；2、冠梁；3、围护结构；4、钢管；5、栓钉；6、混凝土；7、纵筋；8、螺旋箍筋；9、中空部；10、接头钢板；11、螺栓；12、加劲板；13、接头外衬管；14、接头内衬管；15、内包管；16、咬合齿；17、锚栓；18、第一端头钢板；19、螺母；20、第一U形钢板；21、第二U形钢板；22、千斤顶；23、穿孔塞焊；24、第二端头钢板；25、控制系统；26、导线；27、长圆螺栓孔；28、泄水孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

实施例一

如图5-图6所示，本实施例提供一种钢管混凝土支撑与冠梁的节点结构，包括钢管混凝土支撑、冠梁2、千斤顶22和控制系统25；所述冠梁2的内侧固定有第一端头钢板18，所述第一端头钢板18上固定有第一伸缩钢构件；所述钢管混凝土支撑的端部固定有第二端头钢板24，所述第二端头钢板24上固定有第二伸缩钢构件；所述第一伸缩钢构件与所述第二伸缩钢构件通过螺栓11连接；所述千斤顶22的前端和后端分别顶在所述第二端头钢板24和所述第一端头钢板18上；所述千斤顶22与所述控制系统25电连接。本实施例通过在冠梁2内侧的第一端头钢板18和钢管混凝土支撑端部的第二端头钢板24之间设置千斤顶22，并将千斤顶22与控制系统25连接形成智能应力补偿装置，能根据需要施工预应力，满足预应力损失以及支撑松弛需要重复加载的需求；在钢管混凝土支撑使用过程中，出现应力松弛现象就及时进行应力补偿，出现应力过大则及时预警，防止基坑局部失稳，引起整个基坑的破坏；同时冠梁2和钢管混凝土支撑通过第一伸缩钢构件与第二伸缩钢构件实现刚性连接，保证端部节点和钢管混凝土支撑达到和现浇混凝土支撑相同或相似的整体性、刚度和承载能力，确保基坑安全。

本实施例的千斤顶22为智能千斤顶，具有足够的顶进力，同时能够感知自身应力并通过导线26传输至控制系统25，控制系统25根据应力做出相应反应，若应力松弛，则自动应力补偿；若应力过大，超过设计预警值，则自动报警；千斤顶22的尺寸不宜过大，防止后期难以在长圆螺栓孔27中穿入螺栓11。

进一步地，所述第一伸缩钢构件包括第一U形钢板20，所述第一U形钢板20的一端与所述第一端头钢板18采用等强焊接相连；所述第二伸缩钢构件包括第二U形钢板21，所述第二U形钢板21的一端与所述第二端头钢板24采用等强焊接相连；所述第一U形钢板20上和所述第二U形钢板21上均设有多列长圆螺栓孔27，所述第一U形钢板20上的长圆螺栓孔27与所述第二U形钢板21上的长圆螺栓孔27通过螺栓11连接；所述千斤顶22置于所述第一U形钢板20和所述第二U形钢板21连接形成U形槽内。本实施例中第一U形钢板20的两侧板上和第二U形钢板21的两侧板上均设置多列可调节位置的长圆螺栓孔27，且长圆螺栓孔27均沿支撑方向布置，通过螺栓11穿过长圆螺栓孔27将第一U形钢板20和第二U形钢板21可靠连接，钢管混凝土支撑和冠梁2的端部节点采用这种可变位长圆孔钢箱插槽节点，既能满足端部节点的刚性连接、等强连接的需要，保证工程安全，同时又能根据需要调整长圆螺栓孔27的相对位置来改变接头的长度，从而消除施工中的误差。

优化地，第一U形钢板20和第二端头钢板24壁厚宜适当加厚，二者之间采用等强焊接，在不影响其他构件安装前提下，可以焊接加劲板，增强二者之间的连接刚度。

优化地，第一U形钢板20的底板与第二U形钢板21的底板上相对应的位置处预留泄水孔28，以防止千斤顶22所在的U形槽内积水；同时泄水孔28尺寸不宜过大，防止对接头处钢板造成削弱。

进一步地，所述钢管混凝土支撑由多个钢管混凝土支撑预制件1拼接而成；所述钢管混凝土支撑预制件1的两端均设有环形的接头钢板10，所述接头钢板10上沿环向设有多个螺栓孔，相邻的所述钢管混凝土支撑预制件1的相邻接头钢板10上相对应的螺栓孔分别通过螺栓11连接；所述第二端头钢板24与所述钢管混凝土支撑端部的接头钢板10固定。本实施例接头钢板10和第二端头钢板24的外径一致，预留螺栓孔位置一致，只是接头钢板10中间预留孔洞，最终形成钢管混凝土支撑预制件1的中空部9，而第二端头钢板24则为完整圆钢板，中间不开洞；钢管混凝土支撑预制件1与钢管混凝土支撑预制件1通过螺栓11实现刚性连接，实现节点和构件的等强，达到和现浇混凝土支撑相似的整体性、刚度和承载能力，确保基坑安全，且安装和拆卸便利，便于工厂化制作和大面积的推广应用。

本实施例的螺栓11可以为高强螺栓，也可以为机械螺栓，满足受力需求即可；如图3所示，本实施例可以在接头钢板10上沿环向设置一排或多排螺栓孔，每排螺栓孔均有多个，相邻接头钢板10上的相对应的螺栓孔均通过螺栓11实现钢性连接，且每两列螺栓11之间均焊接加劲板12，确保中间节点的刚性连接，实现节点与构件的等强连接，确保装配式支撑达到现浇混凝土支撑相近甚至更高的强度和刚度，保证基坑工程的安全稳定。

本实施例中的钢管混凝土支撑预制件1可以根据需要设计几种长度适宜的固定模数节段，长度过长不宜吊装施工，长度过短导致接头过多和连接困难；作为一种实施方式，中间节段预制构件可以设计4m、5m、6m等规格的标准模数，端部节段预制构件可以设计2m规格的标准模数，根据实际基坑需要，选择长度规格完全相同、不完全相同或者完全不同的钢管混凝土支撑预制件1进行组合，满足不同宽度、不同长度基坑支撑的需要，具有普遍适用性。此外，本实施例中的钢管混凝土支撑预制件可以采用空心结构，因为钢管中心的混凝土对构件的承载能力、整体性和刚度贡献有限，去除并不显著降低构件的承载能力，却可以显著降低构件的重量，从而便于安装、运输和拆卸，也可以实心结构。

更进一步地，所述钢管混凝土支撑预制件1包括钢管4，所述钢管4内填充有混凝土6，所述混凝土6内具有沿轴向贯穿的中空部9；所述混凝土6内配置有钢筋骨架，所述接头钢板10与所述钢管4焊接，且所述接头钢板10的内侧与所述钢筋骨架连接，所述接头钢板10的外侧位于所述钢管4外且设有所述螺栓孔。本实施例的钢管混凝土支撑预制件1为钢管4内填混凝土6的空心构件，不仅能够充分发挥钢材和混凝土两种材料的优势，性价比高，相对于纯钢支撑，具有显著的经济效益，相比于砼尺寸混凝土支撑，刚度更高，而且钢管4为预制支撑的外表皮，可保护内部填充的混凝土6不受破坏，在工程完毕后可拆卸，实现预制构件多次循环使用，同时钢管4的套箍作用可显著提升内填混凝土6的承载能力，使得空心的钢管混凝土支撑的承载能力（强度）高，抗变形能力（刚度）强，可以达到常规混凝土支撑相同甚至更高的强度和刚度，确保基坑工程安全。此外，本实施例中混凝土6内的钢筋骨架与接头钢板10连接，进一步增加钢管混凝土支撑预制件1的整体性。

本实施例中，钢管4的截面可以为圆形、方形、五边形、多边形等，钢管4的厚度可在8-20mm之间，钢管4的材料可以为高强钢材，也可以为合金钢钢材料，满足受力，易于焊接即可；钢管4内填充的混凝土6可以为超高强混凝土、轻质高强混凝土、泡沫混凝土等，但需满足强度要求，且重量不宜过大，其厚度在满足支撑刚度条件下宜取小值，减轻预制构件自重；中空部可以不加任何内壁，也可以采用有内壁形式的，内壁材料可以为钢管、PVC等，其截面也不限于圆形，也可为方形、多边形等多种形状；接头钢板10可以为圆形或方形法兰盘，接头钢板10与钢管4可以预制为整体，也可以分体预制后焊接为一体。

更进一步地，所述钢管4两端的内侧和外侧分别设有接头内衬管14和接头外衬管13，所述接头内衬管14和所述接头外衬管13均与所述接头钢板10焊接。如图3和图4所示，本实施例的钢管4两端的内外两侧分别布置接头内衬管14和接头外衬管13，且接头内衬管14和接头外衬管13均与钢管4和接头钢板10可靠焊接，消除接头钢板10与钢管4连接处的受力薄弱环节；接头内衬管14和接头外衬管13材料为钢材或合金材料，壁厚取10-20mm为宜，长度以0.5-1.0m为宜，满足接头受力过渡即可。

更进一步地，所述接头钢板10伸至所述钢管4外的部分与所述接头外衬管13通过加劲板12连接。如图3所示，本实施例通过加劲板12增加接头钢板10与钢管4的连接刚度，加劲板12大小及厚度根据计算及尺寸要求控制；作为一种实施方式，如图4所示，加劲板12可以有多个且沿钢管4周向间隔布置，厚度可取10-20mm，大小根据受力确定，预留富余度。

更进一步地，所述混凝土6两端的内侧均设有内包管15，所述内包管15与所述接头钢板10焊接；优化地，所述内包管15上设有一圈咬合齿16，所述咬合齿16嵌入所述混凝土6内。如图3和图4所示，本实施例在混凝土6的内侧焊接内包管15于接头钢板10上，保护端部混凝土；同时在内包管15内侧设置一圈咬合齿咬入混凝土6内，进一步增加钢管混凝土支撑预制件1的整体性。本实施例的内包管15壁厚以8-15mm为宜，内伸长度0.3-0.5m，材料为钢材或合金材料，但需要与接头钢板10实现可靠焊接；咬合齿16沿环向均匀设置8-12个，咬合齿16以方形为宜，边长为30-50mm即可，厚度同内包管15相同，内凹入填充混凝土6，实现二者的紧密咬合。

更进一步地，所述钢管4的内壁上焊接有多个栓钉5，所述栓钉5嵌入所述混凝土6内。如图2所示，本实施例可以在钢管4制作前在钢带表面焊接栓钉5，并在钢管4制作时使栓钉5位于钢管4内壁上，且栓钉5嵌入混凝土6内，增加钢管4与内部混凝土6的可靠连接；栓钉5的数量以每圈8-10个为宜，长度以20mm-50mm为宜；优化地，可以在栓钉5背离钢管4内壁的一端设置锚头，增强混凝土6与钢管4之间的紧密连接效果。

进一步地，所述钢筋骨架包括螺旋箍筋8和多根纵筋7，多根纵筋7沿所述螺旋箍筋8的内侧间隔布置且均与所述螺旋箍筋8连接。如图2和图4所示，本实施例的混凝土6内沿支撑方向配置螺旋箍筋8和多根纵筋7，螺旋箍筋8取径8-14mm的一级钢为宜，在两端的接头区间距加密；纵筋7靠内侧布置，其直径和布置根数可根据实际情况确定，内部混凝土保护层厚度以50mm-80mm为宜；纵筋7的端部通过穿孔塞焊23与接头钢板10连接，将接头钢板10内凹并锚入混凝土6内，有效将接头钢板10与混凝土6融为一体，加强接头钢板10与钢管混凝土的连接强度及刚度。

本实施例中，钢管4、栓钉5、螺旋箍筋8、纵筋7紧紧与钢管4内填充的混凝土6连接为整体，强度高、刚度大，远超过砼尺寸混凝土支撑，且在使用过程中不易损坏，钢管混凝土支撑预制件1可多次循环使用，相对于传统混凝土支撑，投资低、工期短、质量高，相对于传统钢支撑，整体性好，刚度大，安全可靠。

进一步地，所述冠梁2内预埋有多个锚栓17，所述第一端头钢板18上设有多个锚栓孔，所述锚栓17的一端伸出所述冠梁2后穿过对应的所述锚栓孔，并通过螺母19固定。本实施例中锚栓17在冠梁2绑扎钢筋时就位并与冠梁2内钢筋可靠连接，浇筑到冠梁2的混凝土之中，锚栓17在冠梁2中需具有足够的锚固长度；安装第一端头钢板18时，使锚栓17穿过第一端头钢板18上的锚栓孔，拧紧螺母19，安装简单方便且连接可靠；螺母19下宜设垫板，可为两个，避免一个失效破坏或松弛。

更进一步地，如图9所示，第一U形钢板20的外壁与第一端头钢板18通过加劲板12连接，增加第一U形钢板20与第一端头钢板18的连接刚度，加劲板12可以沿第一U形钢板20的环向间隔布置多个，其大小及厚度可以根据受力确定，预留富余度。

实施例二

如图1所示，本实施例还提供一种支撑系统，包括围护结构3、冠梁2和钢管混凝土支撑；所述围护结构3的顶部设有冠梁2，所述冠梁2相对的两侧之间支撑有所述钢管混凝土支撑；所述冠梁2和所述钢管混凝土支撑的节点结构采用上述的节点结构。

进一步地，围护结构3的内侧还设有腰梁，腰梁相对的两侧之间支撑有所述钢管混凝土支撑，且腰梁和所述钢管混凝土支撑的节点结构也可以采用实施例一提供的节点结构，实现腰梁和装配式钢管混凝土支撑刚性连接，从而实现在超深基坑中，装配式钢管混凝土支撑可替代多道传统混凝土支撑，提高装配率。

实施例三

如图2-10所示，本实施例提供一种钢管混凝土支撑与冠梁2的节点结构的施工方法，包括如下步骤：

S1、根据设计图纸，在工厂制作钢管混凝土支撑预制件1，并运至施工现场，通过螺栓11连接装配成钢管混凝土支撑；

S2、冠梁2施工时，在冠梁2内预埋锚栓17，并使锚栓17的一端从冠梁2的内侧伸出；

S3、待冠梁2达到设计强度后，在第一端头钢板18上焊接第一U形钢板20，然后将第一端头钢板18安装在冠梁2上，使冠梁2上的锚栓17穿过第一端头钢板18上的锚栓孔，并通过螺母19固定；

S4、在第二端头钢板24上焊接第二U形钢板21，然后将第二端头钢板24与钢管混凝土支撑的一端固定；

S5、将第一U形钢板20与第二U形钢板21对中，并在第一U形钢板20与第二U形钢板21形成的U形槽内放置千斤顶22，同时将千斤顶22通过导线26与控制系统25连接；

S6、通过控制系统25控制千斤顶22加压，消除接头位移，待千斤顶22压力达到设计值，停止试压，并维持此压力；

S7、在第一U形钢板20与第二U形钢板21上相对应的长圆螺栓孔27中插入螺栓11并拧紧，将第一U形钢板20与第二U形钢板21连接；

S8、在施工过程中，若控制系统25监测到千斤顶22的压力出现松弛，则通过控制系统25控制千斤顶22自动加压；若监测到千斤顶22压力过大出现异常，则及时预警，防止基坑局部失稳，引起整个基坑的破坏。

本实施例的外部钢管4具有护壁的作用，钢管混凝土支撑预制件1不易受到损坏，且钢管混凝土支撑预制件1之间以及钢管混凝土支撑预制件1与冠梁之间均采用螺栓连接，容易实现拆卸，因此，在基坑工程施工完毕后，可以拆除连接钢管混凝土支撑预制件1与冠梁的螺栓11以及连接钢管混凝土支撑预制件1与钢管混凝土支撑预制件1的螺栓11，实现钢管混凝土支撑预制件1的回收，同时可多次循环利用，降低成本。

其中，步骤S1中在工厂制作钢管混凝土支撑预制件1的具体方法为：

S11、根据设计图纸，准备钢管4、接头钢板10、螺旋箍筋8、纵筋7、加劲板、接头内衬管14、接头外衬管13及内包管15；

S12、钢管4在制作时已经在其内壁上预留栓钉5，在钢管4内配置螺旋箍筋8和纵筋7；

S13、在钢管4的两端分别焊接接头钢板10；

S14、在钢管4两端的内侧和外侧分别焊接接头内衬管14和接头外衬管13，使接头内衬管14和接头外衬管13均与钢管4和接头钢板10连接在一起；

S15、将接头钢板10通过穿孔塞焊23与纵筋7连接；

S16、将外壁上设有咬合齿16的内包管15置于螺旋箍筋8内，并与接头钢板10焊接；焊接加劲板12，使其一端焊接于接头外衬管13上，一端焊接于接头钢板10上；

S17、在钢管4内填充混凝土6并预留中空部9，完成钢管混凝土支撑预制件1的制作。

上述钢管混凝土支撑预制件1的制作方法中，接头钢板10与钢管4是直接预制成整体，作为另一种实施方式，接头钢板10与钢管4也可以分体预制后连为整体，具体可以在钢管4制作后，先在在钢管4内配置螺旋箍筋8和纵筋7，接着在钢管4两端的内侧和外侧分别焊接接头内衬管14和接头外衬管13，然后将接头内衬管14端部的内侧与一环形钢板的外侧焊接，并将该环形钢板通过穿孔塞焊23与纵筋7连接，再在该环形钢板的内侧焊接内包管15，之后在钢管4内填充混凝土6并预留中空部9，完成钢管混凝土部分的预制；最后将接头内衬管14、接头外衬管13、钢管4、环形钢板、内包管15均与接头钢板10焊接，并焊接加劲板12，使其一端焊接于接头外衬管13上，一端焊接于接头钢板10上，将预制的钢管混凝土部分与接头钢板10连接成整体，完成钢管混凝土支撑预制件1的制作。

本实施例中可以采用离心工艺在钢管4内填充混凝土6，能够自动形成内部空心，且可以将钢管4作为离心工艺的外模板，无需拆除，同时，相比于常规的现浇振捣工艺，离心工艺方便实现高强混凝土，空心钢管混凝土的承载能力和抗变形能力更高、耐久性更好；也可采用其他工艺完成。

具体地，步骤S4中，将钢管混凝土支撑预制件1装配成钢管混凝土支撑的具体方法为：将两个钢管混凝土支撑预制件1对中，使两个钢管混凝土支撑预制件1相邻的接头钢板10完全对齐，并在相邻接头钢板10上相对应的螺栓孔中插入螺栓11并拧紧，依次连接各钢管混凝土支撑预制件1，完成钢管混凝土支撑的拼接。

本实施例的钢管混凝土支撑预制件1之间通过接头钢板10上的多个高强螺栓连接；接头钢板10与钢管4可以整体制作或者焊接，并通过加劲板12增加稳固，采用接头内衬管14和接头外衬管13增加传力，还将纵筋7与接头钢板10通过穿孔塞焊23连接，中间节点结构的刚度完全可以保证。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种钢管混凝土支撑与冠梁的节点结构，其特征在于：包括钢管混凝土支撑、冠梁、千斤顶和控制系统；所述冠梁的内侧固定有第一端头钢板，所述第一端头钢板上固定有第一伸缩钢构件；所述钢管混凝土支撑的端部固定有第二端头钢板，所述第二端头钢板上固定有第二伸缩钢构件；所述第一伸缩钢构件与所述第二伸缩钢构件通过螺栓连接；所述千斤顶的前端和后端分别顶在所述第二端头钢板和所述第一端头钢板上；所述千斤顶与所述控制系统电连接。

2.如权利要求1所述的一种钢管混凝土支撑与冠梁的节点结构，其特征在于：所述第一伸缩钢构件包括第一U形钢板，所述第一U形钢板的一端与所述第一端头钢板连接；所述第二伸缩钢构件包括第二U形钢板，所述第二U形钢板的一端与所述第二端头钢板连接；所述第一U形钢板上和所述第二U形钢板上均设有多列长圆螺栓孔，所述第一U形钢板上的长圆螺栓孔与所述第二U形钢板上的长圆螺栓孔通过螺栓连接；所述千斤顶置于所述第一U形钢板和所述第二U形钢板连接形成U形槽内。

3.如权利要求1所述的一种钢管混凝土支撑与冠梁的节点结构，其特征在于：所述钢管混凝土支撑由多个钢管混凝土支撑预制件拼接而成；所述钢管混凝土支撑预制件的两端均设有环形的接头钢板，所述接头钢板上沿环向设有多个螺栓孔，相邻的所述钢管混凝土支撑预制件的相邻接头钢板上相对应的螺栓孔分别通过螺栓连接；所述第二端头钢板与所述钢管混凝土支撑端部的接头钢板固定。

4.如权利要求3所述的一种钢管混凝土支撑与冠梁的节点结构，其特征在于：所述钢管混凝土支撑预制件包括钢管，所述钢管内填充有混凝土，所述混凝土内具有沿轴向贯穿的中空部；所述混凝土内配置有钢筋骨架，所述接头钢板与所述钢管焊接，且所述接头钢板的内侧与所述钢筋骨架连接，所述接头钢板的外侧位于所述钢管外且设有所述螺栓孔。

5.如权利要求4所述的一种钢管混凝土支撑与冠梁的节点结构，其特征在于：所述钢管两端的内侧和外侧分别设有接头内衬管和接头外衬管，所述接头内衬管和所述接头外衬管均与所述接头钢板焊接。

6.如权利要求4所述的一种钢管混凝土支撑与冠梁的节点结构，其特征在于：所述混凝土两端的内侧均设有内包管，所述内包管与所述接头钢板焊接；所述内包管上设有一圈咬合齿，所述咬合齿嵌入所述混凝土内。

7.如权利要求4所述的一种钢管混凝土支撑与冠梁的节点结构，其特征在于：所述钢管的内壁上焊接有多个栓钉，所述栓钉嵌入所述混凝土内。

8.如权利要求1所述的一种钢管混凝土支撑与冠梁的节点结构，其特征在于：所述冠梁内预埋有多个锚栓，所述第一端头钢板上设有多个锚栓孔，所述锚栓的一端伸出所述冠梁后穿过对应的所述锚栓孔，并通过螺母固定。

9.一种支撑系统，其特征在于：包括围护结构、冠梁和钢管混凝土支撑；所述围护结构的顶部设有冠梁，所述冠梁相对的两侧之间支撑有所述钢管混凝土支撑；所述冠梁和所述钢管混凝土支撑的节点结构采用如权利要求1-8任一项所述的节点结构。

10.一种钢管混凝土支撑与冠梁的节点结构的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、根据设计图纸，在工厂制作钢管混凝土支撑预制件，并运至施工现场，通过螺栓连接装配成钢管混凝土支撑；

S2、冠梁施工时，在冠梁内预埋锚栓，并使锚栓的一端从冠梁的内侧伸出；

S3、待冠梁达到设计强度后，在第一端头钢板上焊接第一伸缩钢构件，然后将第一端头钢板安装在冠梁上，使冠梁上的锚栓穿过第一端头钢板上的锚栓孔，并通过螺母固定；

S4、在第二端头钢板上焊接第二伸缩钢构件，然后将第二端头钢板与钢管混凝土支撑的一端固定；

S5、将第一伸缩钢构件与第二伸缩钢构件对中，并在第二端头钢板和第一端头钢板之间放置千斤顶，同时将千斤顶与控制系统电连接；

S6、通过控制系统控制千斤顶加压，待千斤顶压力达到设计值，停止试压，并维持此压力；

S7、将第一伸缩钢构件与第二伸缩钢构件通过螺栓连接；

S8、在施工过程中，若控制系统监测到千斤顶的压力出现松弛，则通过控制系统控制千斤顶自动加压；若监测到千斤顶压力过大出现异常，则及时预警。

Images